利用红外热成像技术分析深井泵故障原因

孙伟，雷雄波

（湖北清江水电开发有限责任公司，湖北　宜昌　443000）



利用红外热成像技术分析深井泵故障原因

孙伟，雷雄波

（湖北清江水电开发有限责任公司，湖北宜昌443000）

〔摘 要〕介绍了某水电站检修排水系统的功能及深井泵的历史运行情况，指出采用传统方法不能有效分析出深井泵故障的原因，提出采用红外热成像技术分析深井泵故障原因的方法，找到了深井泵故障的原因并提出了解决办法。最后，讨论了红外热成像技术在水电站应用的前景和优势，并提出了相应的改进建议。

〔关键词〕水电站；检修排水系统；红外热成像技术；深井泵

0　引言

某水电站地下厂房安装4台单机容量460MW的水轮发电机组，总装机容量1 840MW，最大水头203m，额定水头170m，面板堆石坝最大坝高233 m（世界第一），水库正常蓄水位400m，装机年利用小时数2 450h，年平均发电量为39.85亿kWh。4台机组于2008年8月全部投产发电。

1　检修排水系统介绍

1.1检修排水系统的功能

检修排水系统用来在机组检修时，排空水轮发电机组的蜗壳、尾水管道和一部分引水钢管中的积水以及机组进水口闸门、尾水闸门的漏水。该水电站检修排水系统采用间接排水，即水轮机尾水管、蜗壳积水先经排水廊道排至集水井，再由深井泵排至厂外。每台机组设有2个尾水管放空阀和1个蜗壳放空阀，均在181操作廊道操作。该系统共有4台深井泵，泵参数为：额定流量1 250 m3/h，额定扬程90m。

检修排水系统控制设备由1块联控柜和4块动力柜及配套电缆组成。每台深井泵设1面动力柜控制泵的启停，深井泵用软启动器控制；4台深井泵的联控柜由PLC控制。机组检修期间，4台深井泵同时工作。当流道内的积水排空后，排上下游闸门、蜗壳、尾水管盘行阀漏水时，选2台深井泵根据液位变送器和液位开关所整定的水位自动运行，1台工作，1台备用。

1.2深井泵的历史运行状况

2007年7月，该水电站第1台机组1号机开始并网发电，至2008年8月，4台机组全部并网发电，这期间深井泵的运行、维护、检修均由基建安装单位负责。

2008年8月，4台机组投产后，深井泵排水系统由该水电站负责，但深井泵排水系统工作时存在一系列严重问题，且因种种因素一直未得到重视和根本解决。如深井泵运行时经常导致动力柜内的电源开关脱扣或厂用电配电屏上相应的电源开关过流脱扣，必须现地手动复归该电源开关，不仅浪费了时间和人力，还影响了机组检修时的排水效率；深井泵运行时还经常引起动力柜内软启动器的过热保护动作，需要现场检查泵和电机无问题后手动复归电源开关、软启动装置；而且存在深井泵电机漏油严重、深井泵逆止盘出现裂纹、运行时顶部冒白烟等严重缺陷导致更换深井泵电机、轴承等零部件，造成的经济损失也非常大；其他非严重缺陷如管道阀门漏水、润滑水无法自动控制、逆止阀故障、压力表计故障等也曾有出现。

综上可知，深井泵电气故障非常频繁，机械故障相对较少，其整体运行可靠性非常差，且一直没有找到根本的解决方法。因此，水电站运行部门在检修排水系统的运行规程内明确规定：

（1）机组检修排水期间，严禁2台深井泵同时启动；

（2）机组检修排水时，最多同时运行2台深井泵，且1，2号泵不能同时运行（1，2号泵在同一段400V母线上），3，4号泵不能同时运行（3，4号泵也在同一段400V母线上）；

（3）机组检修排水时，每台深井泵的运行时间不得超过90 min，运行时间达到80 min时必须手动换泵运行。

由此可见，设备运行人员在机组检修时工作压力大，需要现地安排专人负责深井泵的排水，这与高度自动化、智能化的水电站设备未来发展之路不一致，更与当前水电站“无人值班、少人值守”的发展趋势相悖，尤其是该水电站运行人员人数本来就不多，将宝贵的人力资源消耗在辅助深井泵排水上非常不值得，应将人手解放出来做更重要、更有意义的工作。

2　传统方法分析故障原因

深井泵出现如此众多的缺陷、故障，若将整个深井泵及其控制、动力系统进行更换，则作为刚投运的设备从经济成本上来讲不划算。使用FLUKE 87万用表测深井泵的电压、电流，计算其三相电流、电压的不平衡率，结果无论是采用电流还是电压计算，其不平衡率均在3％左右，未超过5％这一限值，且深井泵的启动电流峰值约为2 400A，运行电流在600-651A，电压、电流均符合设备说明书的规定；由此可见，其电压、电流均在安全运行范围内。使用振动烈度仪测量深井泵的振动摆度等，发现深井泵的振动摆度无明显恶化。使用FLUKE 87自带的测温元件检测深井泵电机温度、轴承温度、控制柜温度等温度参量，发现其均在正常范围，未发现明显温度异常点。

因此，必须从全新的角度，应用新的技术、设备、方式方法解决深井泵无法长期运行的问题。

3　红外热成像技术分析故障原因

3.1红外热成像技术工作原理

红外热成像技术是通过测量设备表征温度的物理参数来求得被测温度，其测温速度快、范围宽、灵敏度高、对被测温度场无干扰、热惰性误差小，可用于显微和远距离测温，特别是可测二维温度场的温度分布图（热图像）。通过直观的设备表面温度及其分布图，可以诊断设备的状态及异常部位的准确位置，分析设备内部的热损耗部位和性质，故红外热成像技术是施行设备状态监测最直观、最有效的方法之一。因此，引入红外热成像技术来检测检修排水系统。

3.2检测结果分析

运行人员通过红外测温枪和红外热成像仪，于2013-12-03利用2013年最后1台次机组检修排水的机会，对深井泵运行进行检测，发现1，2，3号深井泵运行时母排及开关端子处温度异常升高。

（1）在1号深井泵运行期间（运行时间2 h），发现其控制柜内空气开关下侧母排B相及开关端子处异常升高至150℃，而A相48℃，C相50℃。

（2）在2号深井泵运行期间（运行时间30 min），发现其控制柜内空气开关下侧母线排C相及开关端子处温度异常升高至170℃，而A相32℃，B相57℃。

（3）在3号深井泵运行期间（运行时间20 min），发现其控制柜内空气开关下侧母排C相及开关端子处温度异常高至115℃，而A相33℃，B相27℃。

经维护人员紧急处理，通过清扫、紧固控制柜螺栓，更换开关母线连接螺栓、母排、深井泵电源开关等措施，将开关端子处温度控制在30-60℃，及时解决了这一严重安全隐患。

通过对本次深井泵的检测结果进行分析，得出如下结论。

（1）深井泵启动电流峰值和运行电流均正常，深井泵电机绕组温度、轴承温度、外壳温度、控制柜温度均在正常范围，母线、开关、端子连接处温度正常，设备处理后热成像图片无异常。

（2）单台深井泵长时间运行没有问题。1号泵连续运行2h，3号泵连续运行3.75h，温度、温升及热成像图均无异常。

（3）同一台深井泵可连续间断运行。1，4号泵同时连续间隔运行10次，每次间隔时间10 min左右，运行时间40 min左右，深井泵热成像检查均无异常。

根据检测结果，处理了相关端子处温度异常后，基本上解决了该水电站深井泵故障的难题。该水电站于2014年2月初修改了检修排水期间深井泵运行方式的规定。

4　结束语

红外热成像技术主要应用于带电运行设备的故障隐患检测，对提高电气设备的可靠性和安全性、降低维修成本起到了十分重要的作用，使得电力设备的早期故障诊断和预防性维修成为可能。此外，红外热成像技术还可及时发现故障点，把严重事故消灭在萌芽状态，确保电气设备的安全、经济运行，从而带来巨大的社会效益和经济效益。

当然，红外热成像技术也有局限性，如在固体中穿透能力弱，易受环境、距离、发射率、表面光洁度等因素的影响，且不同热成像系统的相对孔径、工作波长、制冷类型不同，其采集的热成像图片亦有不同。因此，建议除了配置1套FLIR T330热成像设备外，再配置1套FLUKE热成像设备，以加强对水电站设备的管理、运行分析、隐患排查，保障设备的安全运行。新技术、新设备、新方法在水电站生产中的应用，能够更加高效地发现以前无法量化的设备隐患，从更深层次上关注细节，预防不安全事件和事故的发生。

参考文献：

1 孙伟.清江水布垭电厂技术供水系统投运后产生的问题及对策探讨［J］.水电厂自动化，2011，32（4）：63-68.

2 柳斌.红外成像技术在现代化电厂的应用［J］.河南科技，2013，11（6）：30-31.

3 胡秀玲.变电设备红外线热成像诊断技术的准确性分析［J］.价值工程，2014，33（26）：36-37.

4 高天云，李文韬.红外热成像技术在DCS预防性维修中应用［J］.化工自动化及仪表，2010，37（11）：116-119.

5 李云红，李军华，李培.红外热成像技术在电厂的应用［J］.现代电子技术，2007，31（6）：181-183.

6 蔡毅，王岭雪.红外成像技术中的9个问题［J］.红外技术，2013，35（11）：671-682.

收稿日期：2015-11-16；修回日期：2016-01-22。

作者简介：

孙伟（1982-），男，高级工程师，主要从事设备管理和运行工作，email：12185198@qq.com。

雷雄波（1982-），男，工程师，主要从事设备管理和运行工作。